ITMI981501A1

ITMI981501A1 - GUIDE DEVICE FOR PIPE CURVE

Info

Publication number: ITMI981501A1
Application number: IT98MI001501A
Authority: IT
Inventors: Christoph Jager; Rudiger Kopp; Wolfram Wetzel
Original assignee: Ksb Ag
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 1999-12-30
Also published as: DE19733941A1; FR2767160B1; FR2767160A1

Description

l'uscita dell'unica, ovvero della seconda curva (5) priva di vortici oppure con un vortice voluto (figura 3). the exit of the only one, that is of the second curve (5) without vortices or with a desired vortex (figure 3).

Descrizione del trovato Description of the finding

Oggetto del trovato è un dispositivo di guida situato, insieme ad una curva o a due curve poste una dopo l'altra, in un canale attraversato da un fluido. The object of the invention is a guide device located, together with a curve or two curves placed one after the other, in a channel crossed by a fluid.

Correnti di fluidi, cioè correnti di liquidi o di gas, nell 'attraversare canali curvi sono assoggettati a forze centrifughe che provocano una variazione di pressione perpendicolarmente alla direzione della corrente. Così la pressione cresce andando verso l'esterno il che, in base alla legge di Bernoulli, ha come conseguenza che le velocità misurate nei filetti fluidi diventano più piccole andando verso l'esterno. Inoltre nel canale o tubo curvo denominato semplicemente curva, la corrente dello strato laminare viene influenzata in quanto all'ingresso della curva avviene una crescita della pressione nel raggio di curvatura esterno e, nell'uscita della curva, nel raggio di curvatura interno. Si viene così ad avere un ispessimento dello strato laminare, ovvero un distacco della corrente dipendente, per quanto riguarda la sua caratteristica e la sua entità, dalle condizioni fisiche del fluido e della corrente, il che influenza, a sua volta, la corrente e la pressione e la distribuzione della velocità esistente in essa. Fluid streams, i.e. streams of liquids or gases, in crossing curved channels are subjected to centrifugal forces which cause a pressure variation perpendicular to the direction of the current. Thus the pressure increases going outwards which, according to Bernoulli's law, has the consequence that the velocities measured in the fluid threads become smaller going outwards. Furthermore, in the curved channel or tube simply called curve, the current of the laminar layer is influenced because at the entrance to the curve there is a pressure increase in the external radius of curvature and, at the exit of the curve, in the internal radius of curvature. This results in a thickening of the laminar layer, or a detachment of the current which depends, as regards its characteristic and its extent, on the physical conditions of the fluid and the current, which in turn influences the current and the pressure and the distribution of the velocity existing in it.

All 'uscita della curva o posteriormente ad essa si forma un vortice relativo rotante perpendicolarmente alla direzione della corrente che viene smorzato dall'attrito interno nella corrente del tubo non disturbata e che scompare dopo una certa lunghezza. Connesso a questo fenomeno è un aumento della resistenza della corrente, la cui entità dipende dalle condizioni geometriche della curva. At the exit of the bend or behind it, a relative vortex is formed, rotating perpendicular to the direction of the current, which is damped by the internal friction in the undisturbed tube stream and which disappears after a certain length. Connected to this phenomenon is an increase in the resistance of the current, the magnitude of which depends on the geometric conditions of the curve.

Qualora alla prima curva prima della dissoluzione del vortice relativo segua un'altra curva la cui direzione di uscita è perpendicolare o obliqua rispetto al piano formato dalla direzione di entrata e di uscita della prima curva, il vortice relativo si converte totalmente o parzialmente in un vortice il cui asse di rotazione si trova, nel senso della corrente, dopo la seconda curva. Tali situazioni si incontrano spesso in curve situate nelle zone di adduzione di macchine idrodinamiche, quali pompe centrifughe e turbine. Il vortice, qui denominato vortice anteriore, il cui asse di rotazione è situato nella direzione della corrente, può influenzare notevolmente, a seconda della sua intensità, la caratteristica della macchina idrodinamica successiva. If the first curve before the dissolution of the relative vortex follows another curve whose exit direction is perpendicular or oblique with respect to the plane formed by the direction of entry and exit of the first curve, the relative vortex is converted totally or partially into a vortex whose axis of rotation is, in the direction of the current, after the second curve. Such situations are often encountered in curves located in the supply zones of hydrodynamic machines, such as centrifugal pumps and turbines. The vortex, here called anterior vortex, whose axis of rotation is located in the direction of the current, can greatly influence, depending on its intensity, the characteristics of the subsequent hydrodynamic machine.

Al fine di ridurre o eliminare in impianti il vortice anteriore del tipo precedentemente descritto, si sono adottati finora diversi accorgimenti alternativi. Il primo accorgimento consisteva nel fatto di disporre, posteriormente alla seconda curva, un dispositivo di guida che contrastava il vortice anteriore. Un altro accorgimento consisteva nel fatto di prevedere un dispositivo di guida disposto nella o dopo la prima curva e che impediva l'insorgere del vortice relativo. Nel primo caso si sono impiegati regolatori regolabili del vortice anteriore oppure nervature di guida situate longitudinalmente alla direzione della corrente. Nel secondo caso si sono impiegate pale direttrici applicate nella prima curva una o più delle quali erano allineate alla corrente ottimale nella curva. Queste pale direttrici impedivano un distacco della corrente e agivano per uniformare il profilo di velocità nella corrente posteriormente alla curva. In order to reduce or eliminate the anterior vortex of the type described above in implants, various alternative measures have been adopted up to now. The first solution consisted in arranging, behind the second curve, a guiding device which contrasted the anterior vortex. Another expedient consisted in providing a guiding device arranged in or after the first curve and which prevented the onset of the relative vortex. In the first case, adjustable regulators of the anterior vortex or guide ribs located longitudinally to the direction of the current were used. In the second case, guiding blades applied in the first curve were used, one or more of which were aligned with the optimum current in the curve. These guiding blades prevented a shedding of the current and acted to equalize the velocity profile in the stream behind the curve.

Infine sono note anche curve di accelerazione che possiedono una sezione che si riduce con continuità. L'accelerazione della corrente che ne consegue porta ad una omogeneizzazione del profilo di velocità. Curve di accelerazione, a causa delle differenti dimensioni delle loro flange, si possono tuttavia impiegare soltanto in maniera limitata. Finally, acceleration curves are also known which have a section that continuously reduces. The resulting acceleration of the current leads to a homogenization of the speed profile. Acceleration curves, due to the different dimensions of their flanges, can however only be used to a limited extent.

Un altro problema si presentava nel suddividere la corrente in due correnti di adduzione. Tale suddivisione viene realizzata, ad esempio, per pompe centrifughe ad uno stadio e a due ingressi e per pompe gemellari. Another problem arose in dividing the current into two adduction currents. This subdivision is made, for example, for single-stage and two-inlet centrifugal pumps and for twin pumps.

Così le due giranti di una pompa gemellare a causa di un profilo idraulico distorto posteriormente a curve normali, ricevevano correnti differenti. Le differenti curve caratteristiche per le due pompe che ne risultavano avevano indotto i produttori a peggiorare la caratteristica della pompa alimentata in maniera più favorevole, al fine di pervenire ad un livello uguale delle curve caratteristiche per le due pompe. Thus the two impellers of a twin pump received different currents due to a distorted hydraulic profile at the rear of normal curves. The resulting different characteristic curves for the two pumps had induced the manufacturers to worsen the characteristic of the pump fed more favorably, in order to achieve an equal level of the characteristic curves for the two pumps.

Tutti i provvedimenti menzionati sono invero più o meno dispendiosi, ma tendono unicamente ad una riduzione degli effetti provocati da una o da due curve poste una dopo l'altra. Non è possibile, con i dispositivi di guida noti, realizzare una influenza mirata della corrente che non abbia, o non abbia soltanto come obiettivo, una omogeneizzazione del profilo di velocità o una eliminazione del vortice. Tuttavia esattamente questo può essere vantaggioso, ad esempio all'ingresso di una macchina idrodinamica. Così una corrente di adduzione influenzata in un certo modo può senz'altro migliorare le condizioni di convogllamento per la macchina idrodinamica. All the measures mentioned are indeed more or less expensive, but they only tend to reduce the effects caused by one or two curves placed one after the other. It is not possible, with known guiding devices, to achieve a targeted influence of the current which does not have, or does not only have as its objective, a homogenization of the velocity profile or an elimination of the vortex. However, exactly this can be advantageous, for example at the entrance of a hydrodynamic machine. Thus an inlet current influenced in a certain way can certainly improve the conveying conditions for the hydrodynamic machine.

Al trovato si pone il compito di realizzare un dispositivo di guida per una o due curve inserite una dopo l'altra che sia poco complicato e che permetta di influenzare, in una maniera desiderata, la corrente che abbandona la curva, con il cui ausilio pertanto sia possibile realizzare non soltanto un profilo omogeneizzato di velocità o una eliminazione del vortice, ma anche, oltre a ciò, influenzare nella maniera desiderata la corrente. The object of the invention is to provide a guiding device for one or two curves inserted one after the other which is not very complicated and which allows the current leaving the curve to be influenced in a desired manner, with the aid of which therefore it is possible to realize not only a homogenized velocity profile or a vortex elimination, but also, in addition to this, to influence the current in the desired way.

Un dispositivo di guida che risolve questo compito viene formato, secondo il trovato, da una o più nervature di guida disposte davanti all'unica curva, ovvero davanti alla seconda curva, correnti sostanzialmente parallelamente al piano di curvatura dell'unica curva o della seconda curva, il cui spigolo/spigoli d'ingresso,suddivide/suddividono la superficie di sezione del canale in maniera da originare porzioni di superficie con porzioni di corrente prefissate nella portata, e la nervatura, ovvero le nervature di guida con il suo, ovvero il loro ulteriore andamento determina, ovvero determinano, una variazione delle sezioni delle porzioni di superficie in maniera che la corrente abbandoni l'uscita dell'unica, ovvero della seconda curva, priva di vortice oppure con un vortice voluto. A guiding device which solves this task is formed, according to the invention, by one or more guiding ribs arranged in front of the single curve, or in front of the second curve, running substantially parallel to the plane of curvature of the single curve or of the second curve. , whose entry edge / edges, subdivide / subdivide the section surface of the channel so as to originate surface portions with current portions predetermined in the flow rate, and the rib, or the guiding ribs with its, or their further trend determines, or determines, a variation of the sections of the surface portions so that the current leaves the outlet of the only one, or of the second curve, without a vortex or with a desired vortex.

Mediante il dispositivo di guida secondo il trovato le condizioni esistenti in una curva vengono influenzate in modo desiderato in maniera che al posto di un singolo canale la cui curvatura e il cui andamento del profilo sono sostanzialmente prefissati, vengano posti diversi canali aventi andamenti del profilo e della curvatura da determinarsi mediante l'andamento prefissabile delle nervature. By means of the guiding device according to the invention, the conditions existing in a curve are influenced in a desired manner so that in place of a single channel whose curvature and the course of the profile are substantially predetermined, different channels are placed having profile courses and of the curvature to be determined by means of the predeterminable course of the ribs.

Qualora si debba produrre unicamente un profilo di velocità omogeneizzato oppure si debba eliminare il vortice dopo la prima o la seconda curva, si propone di suddividere la superficie di sezione della tubazione mediante nervature di guida in maniera da originare porzioni di superficie con correnti parziali di portata uguale. If only a homogenized velocity profile is to be produced or the vortex must be eliminated after the first or second curve, it is proposed to divide the section surface of the pipeline by means of guide ribs so as to originate surface portions with partial flow currents same.

L'efficacia del dispositivo di guida secondo il trovato può venire aumentata in relazione a due curve disposte una dopo l'altra facendo sì che il dispositivo di guida penetri nella seconda curva. In tal modo le portate delle correnti parziali si incontrano di nuovo nella o dopo la seconda curva, intersecando il dispositivo di guida la superficie di sezione del canale successivo alla seconda curva e il lato contrapposto ad uno spigolo d'ingresso termina con un angolo tale che le superfici di attraversamento per le portate delle correnti parziali sono coordinate una all'altra per corrispondere all'azione desiderata. La curvatura del dispositivo di guida risultante da una tale configurazione produce anch'essa un vortice all'ingresso nella seconda curva che contrasta il vortice anteriore da evitare. Per una fabbricazione semplice del dispositivo di guida secondo il trovato è vantaggiosa la torsione monodimensionale di una nervatura impiegata per il dispositivo di guida. The effectiveness of the guiding device according to the invention can be increased in relation to two curves arranged one after the other by causing the guiding device to penetrate the second curve. In this way the partial currents flow rates meet again in or after the second curve, intersecting the guide device with the section surface of the channel following the second curve and the side opposite to an inlet edge ends at such an angle that the crossing surfaces for the partial currents are coordinated with each other to correspond to the desired action. The curvature of the guiding device resulting from such a configuration also produces a vortex at the entrance to the second curve which contrasts the anterior vortex to be avoided. For a simple manufacture of the guiding device according to the invention, the one-dimensional twisting of a rib used for the guiding device is advantageous.

In una configurazione ulteriore del trovato è previsto l'impiego di nervature di guida che possiedono un profilo che aiuta la corrente nel senso di ottenere un effetto desiderato. In a further embodiment of the invention the use of guide ribs is provided which have a profile which helps the current in the sense of obtaining a desired effect.

Il dispositivo di guida secondo il trovato è particolarmente adatto per l'impiego nella zona d'ingresso di macchine idrodinamiche. Con l'ausilio del dispositivo di guida secondo il trovato si può modellare una curva caratteristica per una macchina idrodinamica, ad esempio per una pompa centrifuga. Soprattutto, mediante una suddivisione in due correnti di adduzione si riesce ad evitare il problema conseguente delle differenti correnti di convogliamento. Ciò avviene, contrariamente alla soluzione nota sopra menzionata, non peggiorando le condizioni sul lato d'ingresso più favorevole, ma migliorandole sul lato d'ingresso peggiore. The guiding device according to the invention is particularly suitable for use in the entrance area of hydrodynamic machines. With the aid of the guide device according to the invention, it is possible to model a characteristic curve for a hydrodynamic machine, for example for a centrifugal pump. Above all, by dividing it into two supply streams, it is possible to avoid the consequent problem of the different conveying streams. This occurs, contrary to the known solution mentioned above, not by worsening the conditions on the more favorable inlet side, but by improving them on the worst inlet side.

Il trovato verrà illustrato più in dettaglio con l'ausilio di una coppia di esempi di esecuzione. In essi: The invention will be illustrated in more detail with the aid of a pair of exemplary embodiments. In them:

la figura 1 mostra una sezione longitudinale di una curva di tipo noto attraversata da un fluido con distacco della corrente nel raggio di curvatura interno; Figure 1 shows a longitudinal section of a curve of a known type crossed by a fluid with detachment of the current in the internal radius of curvature;

la figura 2 mostra una vista dall'alto di due curve poste una dopo l'altra con un dispositivo di guida secondo il trovato; Figure 2 shows a top view of two curves placed one after the other with a guide device according to the invention;

la figura 3 mostra una proiezione di una rappresentazione tridimensionale delle curve della figura 2; Figure 3 shows a projection of a three-dimensional representation of the curves of Figure 2;

la figura 4 mostra una sezione longitudinale di una curva aspirante secondo il trovato per un gruppo di pompe gemellari . Figure 4 shows a longitudinal section of a suction curve according to the invention for a group of twin pumps.

Nella curva 1 rappresentata nella figura 1 sono disegnati due profili di velocità 2, 3 di un fluido che scorre in direzione delle frecce dei profili di velocità 2, 3. Il profilo di velocità 2 valido all'ingresso della curva 1, mostra, come illustrano le sue linee e le frecce, una distribuzione uniforme della velocità. Soltanto nella zona della parete della curva 1 la velocità si abbassa a causa dell'attrito ivi esistente. In curve 1 represented in figure 1 two velocity profiles 2, 3 of a fluid flowing in the direction of the arrows of velocity profiles 2, 3 are drawn. The velocity profile 2 valid at the entrance of curve 1, shows, as illustrated its lines and arrows, an even distribution of speed. Only in the area of the wall of curve 1 does the speed decrease due to the friction existing there.

Nel raggio di curvatura interno della curva 1, si viene ad avere un distacco della corrente che si può suddividere, con un'osservazione più precisa, in diversi strati aventi caratteristiche differenti. Dal momento che i diversi strati in relazione ai loro effetti sulla corrente che attraversa la curva 1 possono venire considerati nel loro complesso come zona di disturbo 4, si è rinunciato qui ad una rappresentazione differenziata. In the inner radius of curvature of the curve 1, there is a detachment of the current which can be divided, with a more precise observation, into several layers having different characteristics. Since the different layers can be considered as a whole as disturbance zone 4 in relation to their effects on the current flowing through curve 1, a differentiated representation has been dispensed with here.

Nell'ambito della zona di disturbo 4 viene notevolmente limitata la sezione disponibile per l'attraversamento della curva 1. Inoltre nell'ambito della zona di disturbo 4 si determina, all'interno della corrente, una variazione nella distribuzione della velocità. Ciò è illustrato dal profilo di velocità 3 valido per la sezione caratterizzata dalla sua linea di base. Within the disturbance zone 4, the section available for crossing curve 1 is considerably limited. Furthermore, within the disturbance zone 4, a variation in the speed distribution occurs within the current. This is illustrated by the velocity profile 3 valid for the section characterized by its base line.

La conoscenza della corrente nella curva 1 permette un impiego mirato del dispositivo di guida secondo il trovato. Questo fatto verrà rappresentata con l'ausilio di una esecuzione nella quale alla curva 1 segue un'altra curva 5. La figura 2 mostra una vista dall'alto secondo la direzione di uscita della seconda curva 5, mentre con la figura 3 viene proiettata sul piano del disegno una rappresentazione tridimensionale delle curve 1 e 5. The knowledge of the current in the curve 1 allows a targeted use of the guiding device according to the invention. This fact will be represented with the aid of an execution in which curve 1 follows another curve 5. Figure 2 shows a top view according to the exit direction of the second curve 5, while with figure 3 it is projected onto drawing plane a three-dimensional representation of curves 1 and 5.

La curva 1 delle figure 2 e 3 corrisponde alla curva 1 della figura 1. Valgono anche le condizioni idrodinamiche rappresentate nella figura 1 per la curva 1 delle figure 2 e 3. Nel canale formato dalle curve 1 e 5 è disposta una nervatura di guida 6 che inizia nell'ambito della zona di disturbo 4 della curva 1 e termina nella curva 5. Lo spigolo d'ingresso della nervatura di guida 6 suddivide la superficie di sezione della curva 1, considerando la zona di disturbo 4, in due porzioni di superficie; la corrente fino ad allora unica viene divisa in due correnti parziali. Le due correnti parziali vengono guidate ognuna fra la parete del canale formato dalle curve 1 e 5 e dalla superficie della nervature di guida 6 rivolta ad esse. L'andamento di questa superficie è determinante affinché la corrente parziale venga assoggetta all'influsso di una guida di ugello o di una guida simile ad un ugello. Curve 1 of figures 2 and 3 corresponds to curve 1 of figure 1. The hydrodynamic conditions shown in figure 1 also apply to curve 1 of figures 2 and 3. A guide rib 6 is arranged in the channel formed by curves 1 and 5 which begins within the disturbance zone 4 of curve 1 and ends in curve 5. The entry edge of the guide rib 6 divides the cross-sectional area of curve 1, considering the disturbance zone 4, into two surface portions ; the hitherto single current is divided into two partial currents. The two partial currents are each guided between the wall of the channel formed by the curves 1 and 5 and by the surface of the guide ribs 6 facing them. The course of this surface is decisive for the partial flow to be subjected to the influence of a nozzle guide or a guide similar to a nozzle.

La superficie della pala di guida 6 contrapposta, nel suo prolungamento rettilineo, allo spigolo d'ingresso, termina nel raggio esterno della curva 5 con una linea curva saliente. Lo spigolo di uscita della pala di guida 6 ha anch'esso questo andamento. La porzione di superficie posta in alto per la parte di corrente avente la maggiore velocità all'ingresso è minore della porzione di superficie posta in basso per la parte di corrente avente la velocità minore all'ingresso (la prima dovrebbe avere, al massimo, 10 stesso valore dell'ultima). Dopo la riunificazione delle correnti parziali posteriormente allo spigolo di uscita della nervatura di guida 6, dall'andamento descritto della nervatura di guida 6 si determina un vortice che si contrappone al vortice anteriore da evitarsi. The surface of the guide blade 6 opposed, in its straight extension, to the entrance edge, ends in the external radius of the curve 5 with a salient curved line. The trailing edge of the guide blade 6 also follows this pattern. The portion of the surface placed at the top for the part of the current having the highest speed at the inlet is smaller than the portion of the surface placed at the bottom for the part of the current with the lowest velocity at the inlet (the first should have, at most, 10 same value as the last). After the reunification of the partial currents behind the exit edge of the guide rib 6, a vortex is determined from the described course of the guide rib 6 which opposes the front vortex to be avoided.

Per la curva d'aspirazione 7 rappresentata nella figura 1 di una pompa gemellare, non rappresentata, si parte da condizioni idrodinamiche sostanzialmente confrontabili con quelle dell'esempio di esecuzione precedentemente illustrato. Una differenza è formata dalla circostanza che 11 liquido entrante nella curva d'aspirazione 7 viene deviato verso l'apertura d'aspirazione 8, ovvero 9 della pompa funzionante, e pertanto con direzione e guida differente. Ciò tuttavia non modifica sostanzialmente in nulla la configurazione del dispositivo di guida secondo il trovato. Così sono previste qui due nervature di guida 10, 11 che iniziano davanti alla zona da considerarsi come seconda curva e che penetrano in essa. Anche qui si realizza una suddivisione in due porzioni di superficie con correnti parziali di portata prefissata, come viene simbolizzato con le frecce nella nervatura di guida 11 indicate con a e b. For the suction curve 7 shown in Figure 1 of a twin pump, not shown, the starting point is hydrodynamic conditions substantially comparable with those of the embodiment illustrated above. A difference is formed by the fact that the liquid entering the suction curve 7 is diverted towards the suction opening 8, or 9 of the operating pump, and therefore with a different direction and guide. However, this does not substantially change the configuration of the guiding device according to the invention in any way. Thus two guiding ribs 10, 11 are provided here which start in front of the area to be considered as the second curve and which penetrate it. Here too, a subdivision into two surface portions with partial currents of a predetermined flow rate is achieved, as symbolized by the arrows in the guide rib 11 indicated with a and b.

Per la pompa gemellare della figura 4 il dispositivo di guida secondo il trovato viene utilizzato in maniera che per entrambe le pompe venga assicurato un afflusso privo di vortice, e inoltre si dà particolare importanza a condizioni idrodinamiche uguali per entrambe le pompe. For the twin pump of Figure 4, the guiding device according to the invention is used in such a way that a vortex-free inflow is ensured for both pumps, and in addition, particular importance is given to identical hydrodynamic conditions for both pumps.

Claims

Claims 1. Guide device placed, together with a curve or two curves arranged one after the other, in a channel crossed by a fluid, characterized by one or more guide ribs (6, 10, il) arranged in front of the only one, or to the second curve (5), currents substantially parallel to the plane of curvature of the single or second curve (5), whose edge, or entrance edges, subdivide / subdivide the section surface of the duct so as to originate portions of surfaces with partial currents of predetermined capacity, and in which the guide rib, or the guide ribs (6, 10, 11) with their further course determines, or causes, a variation of the sections of the surface portions so that the current leaves the exit of the only one, that is of the second curve (5) devoid of vortices or with a desired vortex.

2. Guide device according to claim 1, characterized by one or more guide ribs which divide the cross-sectional surface of the channel in such a way as to obtain surface portions with partial currents of equal capacity.

Guide device according to claim 1 or 2, connected to two curves (1, 5) placed one after the other, characterized in that the guide device (6, 10, 11) penetrates right into the second curve ( 5).

Guide device according to one of claims 1 to 3, characterized by guide ribs which have a profile which helps the current to achieve a desired effect.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized by use in the entrance area of a hydrodynamic machine.